ответы на мпт ( не полные)

Вопросы по машинам:

1.Какие законы физики лежат в основе принципа действия МПТ?

В основе работы Машины постоянного тока в генераторном режиме, лежит закон электромагнитной индукции, согласно которому в контуре, при изменении потока магнитного поля через него возникает ЭДС индукции.

При работе в двигательном режиме, в основе лежит закон ампера, согласно которому на проводник с током , находящийся в магнитном поле действует сила.

2. Сформулировать закон электромагнитной индукции. Формула.

При изменении потока вектора магнитной индукции через замкнутый контур, в нем возникает ЭДС индукции, которая пропорциональна скорости изменения потока.

Знак минус говорит о правиле Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

3. Сформулировать закон Ампера. Формула

Сила , с которой магнитное поле действует на элемент  проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока  в проводнике и векторному произведению элемента длины  проводника на магнитную индукцию :

4. Сформулировать правило левой руки.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки.  Правило левой определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой расположить так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, а четыре вытянутых пальца направить вдоль тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на проводник. 

5. Сформулировать правило правой руки.

Правило правой руки — правило определяющее направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции.

6.Назначение коллекторно-щеточного узла в ГПТ.

Коллекторно-щеточный узел в ГПТ обеспечивает контакт вращающегося якоря с внешней цепью, а также играет роль переключающего устройства, благодаря чему в цепи нагрузки ток имеет одно и то же направление.

7.Назначение коллекторно-щеточного узла в ДПТ.

Коллекторно-щеточный узел в ДПТ обеспечивает контакт вращающегося якоря с внешней цепью, а также играет роль переключающего устройства, благодаря которому магнитный момент, действующий на якорь имеет всегда одно и тоже направление.

8. Схема замещения МПТ.

9. Уравнение напряжения ГПТ. Формула.

. Для рассматриваемого контура получим уравнение

где е и i_в—мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; ΣR_в = R_в + R_р.в — суммарное сопротивле­ние цепи возбуждения генератора (сопротивлением ΣR_α можно пренебречь, так как оно значительно меньше ΣR_в); L_B — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря 10. Уравнение напряжения ДПТ. Формула

Если E>U, то ток I_а совпадает по направлению с ЭДС Ε и машина работает в генераторном режиме. При этом электромагнитный момент Μ противоположен направлению вращения n, т. е. является тормозным.

Уравнение для генераторного режима имеет вид:

U=E-I_aΣR_a

В двигательном режиме уравнение принимает вид

U=E+I_aΣR_a,

11. Уравнение напряжения МПТ в режиме электромагнитного тормоза. Формула

В этом режиме изменяют направление электромагнитного момента М, сохраняя неизменным направление тока из сети, т. е. момент делают тормозным. Чтобы ограничить значение тока в этом режиме, в цепь обмотки якоря вводят добавочное сопротивление R_доб. Регулирование тока I_а = (U+E)/(ΣR_а + R_доб), т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления R_доб или ЭДС Ε (тока возбуждения I_в).

12. Уравнение момента МПТ. Формула

На якорь действует электромагнитный момент

F_pe3 — результирующая эл.маг. сила, от взаимодействия тока с магнитным полем.

силу F_pe3 можно считать постоянной

где i_a — ток в одной параллельной ветви. С учетом значения В_ср

где c_M=pN/(2πa) = 60c_e/(2π)— конструкт. Коэффициент.

При работе машины β двигательном режиме электромагнитный момент является вращающим, а в генераторном режиме — тормозным.

13. Уравнение ЭДС МПТ. Формула.

• где N—общее число активных проводников обмотки якоря; N/(2a)— число активных проводников, входящих в одну параллельную ветвь.

c_e=pN/(60a) конструктивный коэффициент.

14. Как направлены ЭДС и ток якоря в ГПТ?

В случае ДПТ ток I_а сонаправлен по направлению с ЭДС Ε.

15. Как направлены ЭДС и ток якоря в ДПТ?

Машина постоянного тока, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме . В случае ДПТ ток I_а противоположен по направлению с ЭДС Ε.

16. В каком случае коэффициент пропорциональности Се = См ?

c_e=pN/(60a) конструктивный коэффициент ЭДС

c_M=pN/(2πa) = 60c_e/(2π)— конструкт коэффициент момента

17. Перечислить типы основных обмоток ротора.

Существует две основные группы обмоток: петлевые (параллельные) и волновые (последовательные). В машинах большой мощности применяют также «лягушачью» (параллельно-последовательную).

18. Нарисовать секцию простой петлевой обмотки.

19. Нарисовать секцию простой волновой обмотки.

20. Почему простую петлевую обмотку называется параллельной?

В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви, поэтому простую петлевую обмотку называют параллельной.

Условие 2а = 2р выражает основное свойство простои петлевой обмотки: чем больше число полюсов, тем больше параллельных ветвей имеет обмотка.

21. Почему простая волновая обмотка называется последовательной?

При простой волновой обмотке секции, лежащие под разными полюсами, соединяют последовательно

число параллельных ветвей при простой волновой обмотке не зависит от числа полюсов и всегда равно двум, поэтому такую обмотку часто называют по­следовательной

22. Реакция якоря. Определение.

Воздействие МДС якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря.

29. Как подключаются обмотки дополнительных полюсов?

Доп. полюса создают в зоне коммутации магнитное поле с индукцией Вк , компенсируюущей реактивную Э Д С

Обмотку доп.полюсов (ОДП) включают последовательно в цепь якоря

30. Где и для чего в машине размещают компенсационную обмотку?

Наименьшее искажение магнитного поля под полюсами можно получить, применив компенсационную обмотку, которая укладывается в пазах наконечника главного полюса

31. Как подключается компенсационная обмотка?

последовательно с обмоткой якоря и рассчитывается так, чтобы линейные нагрузки якоря и компенсационной обмотки были примерно равныи взаимно компенсировались.

Полная компенсация поля якоря возможна при непрерывном распределении компенсационной обмотки по поверхности главного полюса. Практически обмотка размещается в ограниченном числе пазов —6... 12 на каждый полюс, поэтому и у машин с компенсационной обмоткой наблюдается некоторое искажение магнитного поля.

32. Перечислить основные характеристики ГПТ.

Основные характеристики ГПТ

-холостого хода,

-внешняя,

-регулировочная

-нагрузочная.

33. ХХХ.определение.

Характеристика холостого хода - зависимость U₀=f(l_B) при I_н= 0 и n= const. U_oна зажимах обмотки якоря равно ЭДС Е₀ = с_еФnизависит только от потока Ф, т. е. тока возбуждения I_в. Поэтому характеристика U₀=f(I_B) подобна магнитной характеристике Ф=f(I_в).

Внешней характеристикой (рис. б) называют зависимость U=f(I_н) при n — const и I_в = const.

ΣR_а— сумма сопротивлений в цепи якоря.

На уменьшение напряжения Uвлияют: падение напряжения во внутреннем сопротивлении ΣR_aмашины; уменьшение ЭДС Ε в результате размагничивающего действия РЯ.

Изменение напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму хх

Δu = (U₀-U_ΗΟΜ)/U_ΗΟΜДля генераторов с независимым возбуждением 5... 15%.

Регулировочной характеристика(рис. в) - зависимость I_в=f(I_н) при U=const и n = const. Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. C ростом нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Нагрузочная характеристика-зависимость U=f(I_B) при n= const и I_на= const. Нагрузочная характеристика при I_н = I_ном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при I_н = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием РЯ и падением напряжения на ΣR_a.

 

34. Почему восходящая ветвь характеристики хх ГПТ не совпадает с нисходящей?

Расхождение ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины.

35. (НЕТОЧНО)Как правильно выбрать номинальный режим по характеристике хх ГПТ?

По лекциям:

При I_в = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная ЭДС E_ост, которая составляет 2...4% от U_ном.

ЛИБО из интернета:

Снятие характеристики целесообразно начать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения U  =- (1,15 - 1,25) Uн

36. Почему характеристика хх ГПТ начинается не с нуля?

При I_в = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная ЭДС E_ост

51.ГПТ смешанного возбуждения. Внешние характеристики при согласном и встречном вкл. обмоток возбуждения.

В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки.

52. Где используются ГПТ смешанного возбуждения при встречном включении обмоток возбуждения?

Такое включение используют в сварочных генераторах и других специальных машинах, где нужно ограничить ток к.з. и получить круто падающую характеристику.

53. Основные уравнения ДПТ. Формулы.

U=E- – генераторный режим

U=E+ – двигательный режим

E=

M=Ф

n= =

54. Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения. Формула.

n = -

55. Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения. График.

56.  Рабочие характеристики ДПТ параллельного возбуждения. Графики.

57.  Механическая характеристика ДПТ последовательного возбуждения. График.

58. Чем отличаются механические и рабочие характеристики ДПТ параллельного и последовательного возбуждения?

Механические и рабочие характеристики ДПТ параллельного и последовательного возбуждения отличаются тем , что скоростные характеристики параллельного возбуждения линейные , а последовательного имеют форму гиперболы.

59. Как зависит момент ДПТ последовательного возбуждения от тока якоря? Формула. График.

Зависимость электромагнитного момента М от тока нагрузки М=f(I)

М=С_мк_фI_а²

60) Почему ДПТ последовательного возбуждения нельзя использовать при малых моментах сопротивления?

 двигатель последовательного возбуждения категорически нельзя запускать без нагрузки: он разгонится до очень большой скорости («пойдет вразнос»), и скорость эта приведет к механическим разрушениям. У двигателей же смешанного возбуждения есть предельная скорость холостого хода и для них пуск без нагрузки не так страшен.

61) Область применения ДПТ последовательного возбуждения

Двигатели с последовательным возбуждением широко распространены в электрическом транспорте (трамвай, метро, троллейбус, пригородные электрические железные дороги, электровозы), а также в подъемных устройствах (электрические подъемные краны). В этих установках необходим большой пусковой момент электродвигателя, так как наибольшее усилие затрачивается на трогании с места. Каждому, вероятно, приходилось видеть, с каким трудом паровоз трогает с места тяжелый поезд. Машинист дает полный пар, а колеса паровоза буксуют, т.е. вращаются на месте. И только после нескольких буксовок поезд медленно трогается с места. Разгон поезда происходит очень медленно, так как ему надо сообщить ускорение, а на это затрачивается большая сила. Электровоз же легко трогает состав с места и быстро набирает скорость. Это происходит потому, что электродвигатели с последовательным возбуждением электровоза развивают большой вращающий момент при пуске.

Если бы на трамвае установить двигатели с параллельным возбуждением, то пассажирам пришлось бы после каждой остановки подталкивать вагон, чтобы помочь ему стронуться с места, а двигатели с последовательным возбуждением легко страгивают вагон с места и быстро разгоняют его. Опасность чрезмерного увеличения скорости вращения трамвайного двигателя с последовательным возбуждением отсутствует, так как даже если все пассажиры выйдут, двигатель будет под нагрузкой, которая состоит из усилия для передвижения пустого вагона.

62)Механические характеристики ДПТ

Схема включения двигателя независимого возбуждения показана на рис. 5.19.

   Рис. 5.19.

Механические характеристики.     Механические характеристики двигателей принято подразделять наестественные и искусственные. Естественная характеристика соответствует номинальному напряжению питания и отсутствию добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, характеристика называется искусственной.    Уравнения электромеханической ω=f(I _я) и механической ω=f(M _эм.) характеристик могут быть найдены из уравнения равновесия ЭДС и напряжений для якорной цепи двигателя, записанного на основании второго закона Кирхгофа:

U _я=E _я+I _я)(R _я+R _д),    (5.35)

где R _я – активное сопротивление якоря.    Преобразуя (5.35) с учетом (5.6), получим уравнение электромеханической характеристики

   ω=(U _я-I _я(R _я+R _д))/kФ. (5.36)

В соответствии с (5.10) ток якоря I _я=M _эм./kФ и выражение (5.36) преобразуется в уравнение механической характеристики: 

ω=U_я/ kФ – ( R _я+ R _д)/( kФ) ²)M_эм. . (5.37)

Это уравнение можно представить в виде ω= ω _о.ид.- Δ ω, где

ω _о.ид.=U_я/kФ (5.38)

 ω _о.ид - угловая скорость идеального холостого хода ( при I_я=0 и, соответственно, М_эм.=0 ); Δ ω= М_эм. [(R_я+R_д)/(kФ)²]– уменьшение угловой скорости, обусловленное нагрузкой на валу двигателя и пропорциональное сопротивлению якорной цепи.    Семейство механических характеристик при номинальном напряжении на якоре и потоке возбуждения и различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря изображено на рис. 5.20,а.

Рис.5.20

   Механические характеристики двигателей принято оценивать по трем показателям: устойчивости, жесткости и линейности.    Естественная механическая характеристика, соответствующая (5.37) при R_д=0, изображена прямой линией 1. Механическая характеристика линейная; отклонение от линейного закона может быть вызвано реакцией якоря, приводящей к изменению потока Ф. Эта характеристика жесткая, так как при изменении момента нагрузки и соответственно скорости поток возбуждения не изменяется. Жесткость характеристики уменьшается при введении добавочного сопротивления в цепь якоря (прямые линии 2 и 3 – искусственные реостатные характеристики). Характеристики устойчивые, так как dω/dM_эм.<0, и обеспечивают саморегулирование двигателя, т.е. он автоматически приспосабливается к изменяющейся нагрузке. Увеличение статического момента сопротивления на валу двигателя приводит к уменьшению угловой скорости и ЭДС якоря. Ток якоря, выражение для которого можно записать на основании (5.35),

I_я= (U_я-E_я)/(R _я+ R _д)=(U_я -kωФ;)/( R _я R _д ),    (5.39)

возрастает. Соответственно растет электромагнитный момент вплоть до нового значения момента сопротивления (переход из точки А в точку В на механической характеристике).    По аналогии на основании (5.37) может быть построено семейство искусственных характеристик при различных значениях U_я или Ф. Анализ таких характеристик будет проделан в разделе исполнительных двигателей постоянного тока (§ 5.7).

63) Перечислить основные способы пуска ДПТ.

ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ

• 1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непосредственно к сети;

• 2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока;

• 3) путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск. При прямом пуске ток якоряI_п= U_ном/ΣR_а = (10...20)I_ном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт),

Реостатный пуск. В начальный момент пуска при n = 0 ток I_п= U/(ΣR_a+R_n). Максимальное сопротивление пускового реостата Rподбирается так, чтобы для машин большой

и средней мощности ток якоря при пускеI_П = (1,4...1,8)I_НОМ, а для машин малой мощностиI_п = (2...2,5)I_ном. По мере разгона момент двигателя уменьшается, так как с увеличением частоты вращения возрастает ЭДС Ε и уменьшается ток якоря I_а = (U-Е)/(ΣR_а + R_П).

Пуск путем плавного изменения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают потери энергии в пусковом реостате. При пониженном напряжении с последующим плавным повышением напряжения, подаваемого на его обмотку этого нет.

Реостатный пуск двигателя с параллельными последовательным возбуждением

64) Плюсы и минусы прямого пуска ДПТ.

Минусы

 Такой бросок тока приводит если не к разрушению машины, то к постепенному ухудшению качества изоляции. Главной особенностью еще является то, что приходится использовать защитную и коммутирующую аппаратуру большой мощности.

Метод прямого пуска рекомендуется использовать для электрических двигателей малой мощности.

Плюсы

Достоинством метода является простота, но прямой пуск практически не используется

65) Почему прямой пуск не применяется при пуске ДПТ большой мощности?

Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения I_ном ΣR_а во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5 — 10% от U_ном , поэтому при прямом пуске ток якоря I_п = U_ном /ΣR_а = (10 ÷ 20)I_ном , что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ΣR_а относительно велико, и лишь в отдельных случаях для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей I_п = (4 ÷ 6)I_ном

66)Сопротивление регулировочного реостата в цепи обм. возбуждения 0 или мах при пуске ДПТ? Пояснить, почему?

При включении двигателя возникает большой пусковой ток, превышающий номинальный в 10 - 20 раз. Для ограничения пускового тока двигателей мощностью более 0,5 кВт последовательно с цепью якоря включают пусковой реостат (рис. 7).

 

Рис. 7. Схема включения электрических двигателей постоянного тока: а - с помощью пускового реостата; б - схема электродвигателя со смешанным возбуждением; в - схема универсального коллекторного электродвигателя. Л - зажим, соединенный с сетью; Я - зажим, соединенный с якорем; М -зажим, соединенный с цепью возбуждения; 0 - холостой контакт; 1 - дуга; 2 - рычаг; 3 - рабочий контакт.

Величину сопротивления пускового реостата можно определить по выражению

Rn =U/(1,8 - 2,5)Iном-Rя

где U - напряжение сети, В;

Iном - номинальный ток двигателя. А;

Rя - сопротивление обмотки якоря, Ом.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 пускового реостата (рис.7) находится на холостом контакте 0. затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rn. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т.д., пока он не окажется на рабочем контакте.

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах: в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.

. Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием только двух зажимов - Л и Я.

75. Перечислить способы торможения ДПТ.

Рекуперативное торможение, динамическое или реостатное торможение, электромагнитное торможение 76. Можно ли с помощью рекуперативного способа торможения ДПТ остановить двигатель?

Можно, так как выработанное в обмотке ротора ЭДС становится больше напряжения в сети, ток меняет направление, а значит и меняется направление крутящего момента- он становится тормозным.

77. Какой способ обеспечивает наиболее эффективное торможение ДПТ?

Электромагнитное торможение, так как изменяется направление электромагнитного момента при неизменном направлении тока.

78. Какой способ торможения ДПТ наиболее экономичный?

Рекуперативное торможение является самым экономичным, так как в этом случае происходит возврат электроэнергии в сеть.